空气污染检测方法

近代以来，随着社会经济的发展，大气污染逐渐成为人们关注的问题。随着近年来环境问题的日益严重，人们迫切需要一种有效的方法检测并改善空气污染状况。

对于空气污染的检测，我们先简单介绍下传统检测方法，然后介绍现代光学检测技术及其国内外发展状况，最后就差分吸收光谱技术检测法展开具体讨论，介绍它的基本原理，并设计具体的光学检测系统。

一、传统检测方法

传统检测空气污染的系统大多是点式检测系统，即针对特定的污染物用特定的检测方法去检测。现代检测系统最核心的传统检测方法有：

1）CG口CO的检测方法：常用的方法为不分光红外法。仪器的工作原理是基于检测CO口CO2寸红外线的选择性吸收，分别在不同的吸收波长测定其吸光度，光吸收的大小与气体的浓度呈线性关系，从而通过测量出透过检测系统的光强度大小便可测定气体的含量。

2）挥发发性有机物（VOC）的检测方法（苯、甲苯、二甲苯、二氯乙烷、四氯化碳、四氯乙烯、三氯乙烯、丙酮等）：气相色谱法。即用气体作为流动相的色谱法。这是国家规定的标准检测方法，得出结果较慢，但是测量的数据具有可信性和仲裁权威。

3）甲醛的检测方法：现场检测一般采用恒电位电解法，被测气体在特定的电位下分解，通过检出其生成电流的方法检测被检气体的含量。而实验室检测采用的方法一般是化学试剂检测法或者气相色谱和液相色谱法。

4）氨的检测方法：化学试剂检测法或者电解法。如靛酚蓝分光光度法、钠氏试剂分光光度法、次氯酸钠一水杨酸分光光度法和离子选择电极法。

5）臭氧的检测方法：第一是紫外光度法?0本方法采用紫外吸收式臭氧分析仪测量环境空气中臭氧的浓度。该仪器的工作原理是基于臭氧吸收254nm波

长紫外光，由检测器检测光能强度，再通过模拟转换为臭氧浓度。第二是靛蓝二磺酸钠分光光度法。该方法的原理是空气中的臭氧在磷酸盐缓冲剂存在下，与吸收液中蓝色的靛蓝二磺酸钠等摩尔反应，褪色生成靛红二磺酸钠，在610nm处测量吸光度。第三是化学发光法。该方法的原理是样品泵以恒定的流速抽入样品气，进入化学发光分析仪的反应室，与过量流速的乙烯混合即可发生化学反应，并最大可产生400nm的可

见光。发射光强度与样品中臭氧的浓度成正比，并通过光电倍增管放大检测。

6）氮氧化物和SO的检测方法：生物传感器检测法。氮氧化物生物传感器由多孔气体渗透膜、固定化硝化细菌和氧电极组合而成，该传感器中硝化细菌以亚硝酸盐作为唯一能源，其呼吸活性随亚硝酸盐的存在而增加，呼吸过程导致的溶解氧浓度降低量可由氧电极检测，从而间接反映出亚硝酸盐的含量，反应氮氧化物的含量。二氧化硫生物传感器由含亚硫酸盐氧化酶的肝微粒体和氧电极制成，该传感器测定雨水中亚硫酸盐的浓度来反应大气中二氧化硫的含量。

二、随着光学仪器和光学检测系统的进一步发展，空气污染的现代光学检测技术也在不断地拓新。

20世纪70年代后期，美国、德国、日本、英国、俄国、加拿大和瑞典等用光散射理论、米氏散射、拉曼散射和差分吸收等光谱技术，以及差分吸收激光雷达监测污染。米氏散射多用于颗粒物（如漂尘）的浓度探测，拉曼散射多用于近距离的高浓度污染源的探测，而差分吸收技术具有更大的优点，如它的监测灵敏度可达1O-9,探测距离可以从几十米到几十公里，并可用于测量多种污染物质。

光散射理论已经普及应用于分析颗粒的粒度和浓度，在实时监测的情况下，应用光散射方法具有更大的优越性。烟气粉尘排放量在线监测是控制污染源的必备手段，测量粉尘排放量时，需要同时测定粉尘的浓度和流量，这类光电式的仪器设备在我国已开始应用。华南师范大学物理系研究人员通过详细分析目前这项技术在浓度测量方面存在的问题，更进一步提出了前向散射光浓度信息接收方案和在线浓度、粒度测量系统，这种测量方法不仅在理论上更完善，而且可使烟气粉尘排放量在线的监测精度和工作可靠性提高。

对于米氏方法测量的研究，我国早在20世纪60-70年代，中国科学院大气物理所在周秀骥院士、赵艳曾研究员、吕达仁院士等主持下，建立了我国第一台米散射激光雷达，并进行大气气溶胶与云的探测研究。《环境技术》期刊中提出了一种基于米氏散射理论的激光开放腔内颗粒测量原理，把激光器的内腔作为颗粒注入区，利用激光器的内腔功率谱密度远大于腔外功率密度的特点，结合先进的激光散射理论，对空气中的颗粒进行检测。并通过实践证明了该方法对较小粒

径的颗粒检测非常有效。止匕外，中国矿业大学杨书中教授等在《大气颗粒物浓度技术及其发展》一文中也介绍了基于米氏散射理论的光散射式测量仪，可以实时

在线检测空气中颗粒物浓度适于公共场所卫生及生产现场等场合和大气质量监测中使用。

拉曼散射激光雷达技术是利用拉曼散射的原理，在纯净液体或者晶体内，散

射光中出现与入射光频率不同的成分，在入射光频率60相同的散射普线两侧，

对称的分布着频率为00土叫，00±02等，其中孙，以与散射物质中分子的固有

振动频率一致，而与入射光波无关。根据斯托克斯线可以得知散射物质是什么，从而达到检测的目的。可以用于大气污染，游离物质的分析。

差分吸收光谱仪测量法是由NoxonffiPiatt等人在70年代提出的，经过一段时间的发展，目前已渐渐成为进行大气污染模式研究和大气污染监测的常用方法之一。中国科学院安徽光机所根据这一原理，研制成了基于二极管阵列PDA勺紫外

可见差分吸收光谱（DOAS原统，能够准确实时地测出SQ、Q、N®HONOOC1OBrCk氟化物、芳香姓等几十种光谱带相对较窄的大气痕量成分。

在国际上，德国、美国和日本等国家都相继建立了用于大气探测的差分激光吸收雷达系统，这对于检测大气中臭氧层的变化和推动大气科学的发展，起到了

重要的作用。同时，德国柏林自由大学的研究人员通过差分吸收激光雷达技术获得了三维图像监视城市的气溶胶和酸雨，并且为了测量城市的大气污染，建立了动态差分吸收激光雷达系统，用于获得污染气体浓度的二维和三维图像，这些气

体的浓度随城市机动车流量的变化而变化，这将有助于解释环境污染情况的变化和起因。

三、传统方法和现代光学检测方法的对比

传统仪器的缺点：这些仪器的缺点是功能单一，只能做定点测量.为了扩大被测量样品的种类和测量范围，在危险、不易接近或遥远的地方监测污染物，则需研究和开发其他的光谱技术。

相比而言，光学检测技术以其大范围、多组分检测、连续实时监测方式而成为环境污染监测的理想工具。光学检测技术的主要优点有：①可以在同一波段同时监测几种污染物的浓度，实现完全非接触在线自动监测；②仪器的灵敏度高，对于某种污染物只要选择合适的光谱波段，就可以测出低于1ppb的浓度；③测量范围可从数百米到数公里，反映一个区域的平均污程度，不需要多点取样，监测结果比单点监测更具代表性；④系统易于升级，增加新的监测项目不需要更改硬件装置，运行费用低。所以，